大推力負荷下機組推力軸承安裝技術研究

陳允兵，陶 鉆

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 引言

大藤峽左岸水輪發電機由哈爾濱電機廠有限公司設計制造，形式為立軸、半傘式發電機，發電機推力軸承設置在下機架中心體上法蘭面，采用錐形支撐，機組共設置24個錐形支撐，推力負荷為3800 t，屬國內軸流轉漿式水輪發電機組大推力負荷[2]。大推力負荷下推力軸承安裝存在設計精度高，安裝難度大，受力調整困難等問題，本文通過對大藤峽發電機組機推力軸承構特點及與之對應的安裝調整的工藝分析，為大推力負荷下推力軸承安裝及調整技術研究開辟道路。

2 工程概述

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，壩址在廣西桂平市黔江彩虹橋上游6.6 km處，地理坐標為東經110°01′，北緯23°28′，是紅水河梯級規劃中最末一個梯級。大藤峽水利樞紐是一座以防洪、航運、發電、補水壓咸、灌溉等綜合利用的流域關鍵性工程。水庫正常蓄水位61.00 m，汛限水位47.60 m，死水位47.60 m，總庫容34.79×108m3，總裝機容量1600MW，工程規模為Ⅰ等大(1)型工程。

大藤峽水利樞紐工程由黔江主壩、黔江副壩和南木江副壩組成。電站裝機容量1600MW，安裝8臺單機容量為200MW的軸流轉槳式水輪發電機組，其中左岸廠房3臺機組，右岸廠房5臺機組，多年平均發電量60.55億kWh，保證功率366.9MW。目前已完成左岸廠房3臺機組安裝并投入商業運行。

2 推力軸承機構特點

推力軸承布置在下機架中心體的上法蘭面[3]。主要由推力頭、鏡板、推力軸承瓦、錐形支撐、抽屜式油冷卻器、推力油槽等組成。

推力頭采用鑄鋼ZG20MnSi制造，整體加工。推力頭安裝在轉子支架下圓盤上，與轉子支架采用止口配合，有一定的配合間隙，以方便安裝時根據盤車、靜平衡等需要做一定的徑向調整。推力頭與轉子支架采用單排螺栓把緊[4]。

鏡板采用55#鍛鋼精加工成。鏡板的厚度為240 mm，足以承受機組的推力負荷及工作狀態的熱應力而不產生有害的變形。鏡板與推力頭采用止口小間隙定位，螺釘連接把合。鏡板外圓比推力頭外圓單邊大40 mm，以方便安裝時測量鏡板的水平。

推力軸承瓦共24塊，采用雙層瓦結構，由薄瓦、托瓦組成。薄瓦為巴氏合金瓦，有良好的承載能力。推力軸承瓦可以互換，便于運行維護。推力軸承采用熱彈流體動力潤滑性能有限元分析計算，以保證其具有最佳的油膜壓力分布，和最佳的油膜厚度分布。經嚴格分析計算，其單位壓力為3.82MPa，最大油膜壓力為9.77MPa，最小動態油膜厚度0.0346 mm，完全滿足機組在各種工況下運行的要求。

推力軸承采用錐形支撐，機組共設置24個錐形支撐[5]。錐形支撐的支柱中心加工有通孔，孔內裝有測量桿。測量桿的不同位移反應各瓦間的不均勻載荷，在安裝時可以通過電子位移表測量該位移量，并據此對中心柱進行高度調節，從而使各瓦載荷達到均衡，該結構最大的優點是有根據機組實際運行情況適時調節各瓦溫差的功能。

推力軸承共設置24臺內循環抽屜式油冷卻器，2個冷卻器串聯為一組，共12 組并聯。冷卻器與推力軸承安裝在同一油槽內，依靠油槽內旋轉部件推力頭、鏡板等的粘滯作用和油的對流換熱形成循環回路。冷卻器安裝在油槽壁上，每個冷卻器對應于一塊推力軸承瓦的位置。冷卻器的冷卻水管采用銅管，由一組同心排列的“U”型管組成。這種冷卻器的冷卻管的長度較短，不易堵塞，對水質的要求也相對較低。冷卻器拆裝方便，通過其安裝孔可以拆取或檢修推力軸承瓦，使冷卻器和軸承的維護檢修更便利。

推力軸承還設有擋油管、接觸式油擋等零部件。

推力軸承剖視圖如圖1所示。

圖1 推力軸承剖視

推力軸承俯視圖如圖2所示。

圖2 推力軸承俯視圖

4 安裝調整工藝

大推力負荷下推力軸承安裝難點主要有：安裝精度極高，施工工序多，各數據間相互影響，多次調整才能達到設計及規范要求[6]。以大藤峽推力軸承安裝為例，推力軸承安裝主要分四部分進行：①下機架預裝完成吊出機坑后進行的預裝；②下機架吊裝完成后進行的正式安裝；③在機組軸線調整前進行推力軸承的受力調整等工作；④進行推力軸承其他部件安裝工作。具體安裝工藝如下。

4.1 推力軸承預裝

4.1.1 推力軸承預裝條件

(1) 下機架預裝調整合格、基礎墊板加固后澆筑二期混凝土。

(2) 吊出下機架，在安裝間對進行推力軸承預裝配。

4.1.2 推力軸承預裝工藝

(1) 徹底清理下機架配合面、錐形支撐裝配、推力軸承瓦裝配、推力頭鏡板等部件。

(2) 油槽、軸承座等部件浸油表面，應把殘余的型砂和污物清理干凈，并應補刷與廠家同型號的耐油漆。

(3) 對推力瓦進行全面清理，去除表面的油污及表面高點、毛刺，檢查瓦上的溫度計孔和高壓油頂起 裝置管接頭孔和絲堵孔，并徹底清除這些孔內的雜質。測量瓦的厚度，并做好相應的記錄。應特別注意 對瓦面的保護，防止被損傷。

(4) 調整下機架水平滿足≤0.02 mm/m。

(5) 推力瓦安裝，錐形支撐(按圖紙要求安裝密封圈、鎖固膠)在支柱螺栓支撐上安裝支柱螺栓。

4.1.3 安裝順序

(1) 清潔支柱螺栓支撐和支柱螺栓的螺紋。

(2) 用最終裝配油脂潤滑螺紋。潤滑脂只許涂在干燥面。

(3) 在支柱螺栓支撐上安裝支撐螺栓。柱螺栓調到正確高程。

(4) 在支柱螺栓支撐上安裝推力負荷測量裝置。

注意：①支柱螺栓支撐之間的距離必須完全相等。②支柱螺栓支撐的分度圓必須與擋油管同心。

(5) 吊裝推力瓦到錐形支撐上，通過支柱螺釘調節各塊推力瓦，使所有推力瓦在同一高程。對推力瓦和推力瓦螺栓支撐做裝配標記。

(6) 按照圖紙安裝和試驗高壓油頂起系統。

(7) 推力頭、鏡板安裝。吊裝推力頭鏡板至推力瓦上，調整鏡板水平≤0.02 mm。

(8) 安裝機架部分推力油水管路。

推力軸承的預裝結束，但在正式安裝前，為保證鏡板安全，在下機架吊裝前吊出軸承并在安裝間存放好。

4.2 推力軸承正式安裝

4.2.1 推力軸承正式安裝條件

(1) 轉子吊裝前按預裝方位回裝下機架。

(2) 調整其中心體水平度≤0.02 mm，中心高差偏差小于0.5 mm。

(3) 調整合格后把緊基礎螺栓。

4.2.2 推力軸承正式安裝工藝

首先，下機架調整完成后對推力頭高程及水平進行復測，采用電子水準儀進行復查。

其次，吊裝鏡板，對鏡板水平進行調整，鏡板水平≤0.02 mm/m。具體步驟如下：

(1)測量鏡板邊緣±X、±Y 4個方向的水平，進行合成計算。

(2)在±X、±Y 4個方向最近位置調整4塊推力瓦，注意架表和框式水平儀監測。

(3)反復調整4塊推力瓦，使鏡板水平滿足≤0.02 mm/m。

(4)測量鏡板絕對高程，在滿足高程偏差±0.5 mm范圍內，調整才有效，否者，調整高程后再進行鏡板水平的調整，使鏡板水平及高程都滿足要求。

(5)在鏡板水平及高程滿足要求后，再調整其余推力瓦的受力。此工序調整中，要做到既不要影響鏡板水平，又要達到其余推力瓦有真實受力，要求我們的安裝人員認真、仔細工作，調整每一塊瓦，都要架設百分表監測。此工序可以選擇在吊裝推力頭后進行，因推力頭和鏡板的重量全部落在推力瓦上，單靠錐形支撐的螺栓提升是不足以影響鏡板水平。

(6)在完成所有推力瓦受力調整后，再進行推力頭的吊裝，再次測量鏡板邊緣水平，滿足要求才可進行下一步安裝。

(7)推力頭吊裝后進行推力頭與鏡板的預把合，調整推力頭與擋油圈的同心度。

(8)徹底清掃推力頭與鏡板面后，進行轉子吊裝。

4.3 推力軸承的受力調整

大藤峽水利樞紐電站推力軸承設有一套受力監測系統，通過錐形支撐的支柱中心加工有通孔，孔內裝有測量桿，測量桿的不同位移反應各瓦間的不均勻載荷，在安裝時可以通過電子位移表測量該位移量，并據此對中心柱進行高度調節，從而使各瓦載荷達到均衡。在機組軸線調整之前，就要把推力軸承的受力調整在合格范圍內，也就是各托盤變形值與平均變形值之差不能超過平均變形值的±10%。

4.3.1 推力軸承受力調整條件

(1) 機組大件吊裝完成，準備進行軸線調整。

(2) 高壓油頂起管路，制動器油、氣管路安裝完成。

(3) 高壓油頂起管路，制動器油、氣管路調試完成。

(4) 推力受力監測系統安裝調試完成。

4.3.2 推力軸承受力調整工藝

(1) 用移動油泵車通過制動器頂起轉子4～6 mm，同時啟動高壓油頂，使鏡板與推力瓦分離。

(2) 設置機組受力監測系統初始值為0。

(3) 移動油泵泄壓，落轉子，使轉子所有重量落到推力瓦上。

(4) 記錄數據并根據數據調整分塊瓦中心柱，受力小的往上調，調整值初次不要太大，反復多次調整后得出經驗值。在調整受力時，中心柱調整最好同起或同落，這樣有利于經驗判斷。根據實際經驗中心柱起、落量對受力的影響不同，并且差異很大，不成比例，所以建議要么只調整受力小的中心柱往上起，或只調整受力大的中心柱往下落。

(5) 重復以上步驟反復多次調整，使受力調整滿足±0.005 mm(大藤峽托盤平均變形值為0.078 mm，依據規范要求為±0.0078 mm)。

(6) 在機組軸線調整完成后，復測推力軸承受力情況，若不滿足要求，重復1～4步驟。

4.4 推力軸承剩余工作安裝

推力軸承剩余工作安裝主要為：測溫電阻安裝，推力油冷器安裝、推力油槽蓋板安裝，推力油槽油擋安裝，油水管路安裝等。

4.4.1 推力軸承剩余工作安裝條件

(1) 機組軸線調整完成。

(2) 機組軸線調整推力臨時用油排出。

(3) 機組中心定位完成。

4.4.2 推力軸承剩余工作安裝工藝

(1) 徹底清理推力軸承油槽內部。

(2) 完成測溫電阻安裝及布線。

(3) 再次清掃推力油槽，并聯合監理、業主進行驗收。

(4) 安裝油槽蓋板，把合，組合螺栓都要涂膠并依據圖紙做好鎖固工作。

(5) 安裝推力軸承油冷器，注意檢查密封。

(6) 安裝推力軸承油擋，調整油擋與大軸同軸度，使其滿足要求。

(7) 安裝推力軸承油水管路。

(8) 推力軸承注油。

至此，推力軸承安裝全部完成。

5 結語

大藤峽水利樞紐左岸廠房發電機組推力軸承安裝，屬國內軸流轉漿式水輪發電機組大推力負荷。目前大藤峽水利樞紐左岸廠房機組已全部投入商業運行，機組振動擺度數據優良，推力瓦溫各項數據滿足規范及設計要求。通過對大藤峽左岸機組推力軸承安裝及調整的分析與實踐總結，為大推力負荷下推力軸承安裝增加了寶貴的經驗，也給后續更大推力負荷推力軸承安裝提供了借鑒。